DE4109870A1

DE4109870A1 - PRELOADED FRAME

Info

Publication number: DE4109870A1
Application number: DE4109870A
Authority: DE
Inventors: John Denis Von Benken; Alan Marshall Carter
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1991-10-10
Also published as: GB9106600D0; JPH073182B2; US5076049A; CA2034470A1; ITMI910833A0; FR2660369A1; JPH04224237A; IT1245266B; ITMI910833A1; GB2242711A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Rahmen von Gasturbinentriebwerken und insbesondere auf einen Rahmen, der Knick- bwz. Biege-Druckbelastungen und thermischer Expansion und Kontraktion ausgesetzt ist.The invention relates generally to frames of Gas turbine engines and especially on a frame, the articulated bwz. Bending pressure loads and thermal Exposure to expansion and contraction.

Gasturbinentriebwerke enthalten Rahmen zur Halterung von Lagern, die Rotorwellen darin abstützen. Ein Turbinenrahmen ist beispielweise stromabwärts von einer konventionellen Turbine angeordnet und heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt, die von der Turbine ausgestoßen werden. Der Turbinenrahmen haltert auch eine Welle, die mit einem Fan beziehungsweise Bläser verbunden ist, und deshalb wesentlichen Schaufelbelastungen bei einem Fehler einer Schaufel an dem damit verbundenden Fan ausgesetzt ist, was Unwuchtkräfte zur Folge hat, die durch die Welle übertragen werden.Gas turbine engines contain frames for holding Bearings that support rotor shafts in them. A turbine frame is, for example, downstream of a conventional one Turbine arranged and exposed to hot combustion gases, which are expelled from the turbine. The turbine frame also holds a shaft with a fan respectively Brass is connected, and therefore essential Blade loads in the event of a blade failure on the associated fan is exposed to unbalance forces entails that are transmitted through the shaft.

Um die thermische Expansion und Kontraktion des Turbinenrahmens aufgrund der hindurchströmenden heißen Verbrennungsgase aufzunehmen und um die Schaufelunwuchtkräfte, die durch die in dem Turbinenrahmen gelagerte Welle übertragen werden, aufzunehmen, hat der Turbinenrahmen üblicherweise eine relativ komplexe und schwere Struktur.To the thermal expansion and contraction of the Turbine frame due to the hot flowing through it To absorb combustion gases and around the Blade imbalance caused by those in the turbine frame stored shaft to be transmitted, the Turbine frames are usually a relatively complex and heavy structure.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Rahmen für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen. Der Rahmen soll eine thermische Expansion und Kontraktion aufnehmen können. Weiterhin soll der Rahmen die auf ihn übertragenen Schaufelunwuchtkräfte am Fan beziehungsweise Bläser aufnehmen können. Darüber hinaus soll der Rahmen relativ einfach aufgebaut und ein geringes Gewicht haben und in einem Gasturbinentriebwerk bei verminderter Beanspruchung arbeiten können.It is an object of the invention to develop a new and improved frame for a gas turbine engine create. The frame is said to have thermal expansion and Can start contraction. Furthermore, the frame should blade unbalance forces transmitted to him on the fan or can record brass. Furthermore the frame should be relatively simple and a small one Have weight and in a gas turbine engine reduced stress can work.

Erfindungsgemäß wird ein vorgespannter Rahmen für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen, der eine ringförmige Nabe im Abstand von einem ringförmigen Gehäuse und mit axialem Abstand angeordnete erste und zweite Reihen von auf dem Umfang im Abstand angeordneten Haltestreben beziehungsweise Zugstangen aufweist, die die Nabe mit dem Gehäuse verbinden. Die Haltestreben sind vorgespannt zum Erzeugen einer vorbestimmten Zugspannung in den Haltestreben.According to the invention, a prestressed frame for a Gas turbine engine created by an annular hub at a distance from an annular housing and with an axial Spaced first and second rows of on the Perimeter spaced holding struts respectively Drawbars that the hub with the housing connect. The struts are biased to create a predetermined tension in the struts.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention now has further features and advantages based on the description and drawing of Embodiments explained in more detail.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einem Gasturbinentriebwerk mit einem Rahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 is a schematic illustration of a gas turbine engine with a frame according to an embodiment of the invention.

Fig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht von dem in Fig. 1 dargestellten Turbinenrahmen. FIG. 2 is an enlarged, partially sectioned side view of the turbine frame shown in FIG. 1.

Fig. 3 ist eine Endansicht des in Fig. 2 dargestellten Rahmens nach einem Schnitt entlang der Linie 3-3 und zeigt ein Viertel des Turbinenrahmens. Fig. 3 is an end view of the frame shown in Fig. 2 after a section along line 3-3 and shows a quarter of the turbine frame.

Fig. 4 ist eine schematisch Darstellung des Rahmens zur Veranschaulichung des Aufbaus der Elemente des Turbinenrahmens. Fig. 4 is a schematic representation of the frame to illustrate the structure of the elements of the turbine frame.

In Fig. 1 ist ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer longitudinalen axialen Mittellinie 12 gezeigt. Das Triebwerk 10 enthält einen üblichen Fan bzw. Bläser 14 mit auf dem Umfang im Abstand angeordneten Fanschaufeln, an den sich ein üblicher Verdichter 16, eine Brennkammer 18, eine Hochdruck (HD)-Turbine 20, eine Niederdruck (ND)-Turbine 22 und Auslaßführungsschaufeln 24 anschließen, die alle ringförmig sind und in Umfangsrichtung um die Mittellinie 12 herum angeordnet sind. Der Fan 14 ist mit der ND-Turbine 22 durch eine übliche Welle 26 verbunden. Der Verdichter 16 ist mit der HD-Turbine 20 durch eine Welle 28 verbunden.In Fig. 1, a gas turbine engine 10 is shown having a longitudinal axial centerline 12. The engine 10 contains a conventional fan or blower 14 with fan blades arranged on the circumference at a distance, to which a conventional compressor 16 , a combustion chamber 18 , a high-pressure (HD) turbine 20 , a low-pressure (LP) turbine 22 and Connect outlet guide vanes 24 , all of which are ring-shaped and circumferentially arranged about the center line 12 . The fan 14 is connected to the LP turbine 22 by a conventional shaft 26 . The compressor 16 is connected to the high-pressure turbine 20 by a shaft 28 .

Ein Turbinenrahmen 30 gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist stromabwärts von den Auslaßführungsschaufeln 24 angeordnet und haltert ein übliches Lager 32, das ein stromabwärtiges Ende der Welle 26 für die ND-Turbine abstützt. Stromabwärts von dem Rahmen 30 erstreckt sich ein üblicher Abgas-Mittelkörperkonus 34. Das Triebwerk ist von einem üblichen Außengehäuse 36 und einer Abgasdüse 38 umgeben, die sich stromabwärts von dem Gehäuse 36 erstreckt und im Abstand radial außen von dem Mittelkörper 34 angeordnet ist.A turbine frame 30 in accordance with the embodiments of the invention described herein is disposed downstream of the exhaust guide vanes 24 and supports a conventional bearing 32 that supports a downstream end of the shaft 26 for the LP turbine. A conventional exhaust center body cone 34 extends downstream of the frame 30 . The engine is surrounded by a conventional outer housing 36 and an exhaust nozzle 38 , which extends downstream from the housing 36 and is arranged radially outward from the center body 34 .

Im Betrieb wird Umgebungsluft 40 in den Fan 14 und von dort durch den Verdichter 16 eingezogen, wo sie verdichtet und dann zu der Brennkammer 18 geleitet wird, um mit Brennstoff für eine Verbrennung gemischt zu werden und heiße Verbrennungsgase 42 zu erzeugen, die aus der Brennkammer 18 in die ND-Turbine ausgestoßen werden. Die Gase 42 versetzen die HD-Turbine 20 in Rotation, die ihrerseits durch die Welle 28 den Verdichter 16 antreibt. Die Gase 42 strömen dann durch die ND-Turbine 22, die dadurch in Drehung versetzt wird und den Fan 14 über die Welle 26 antreibt. Die Gase 42 werden dann zwischen den Auslaßführungsschaufeln 24 hindurchgeleitet und strömen durch den Turbinenrahmen 30 und werden durch die Abgasdüse 38 aus dem Triebwerk ausgestoßen.In operation, ambient air 40 is drawn into fan 14 and from there through compressor 16 , where it is compressed and then directed to combustor 18 to be mixed with fuel for combustion and to produce hot combustion gases 42 that come out of the combustor 18 are expelled into the LP turbine. The gases 42 set the high-pressure turbine 20 in rotation, which in turn drives the compressor 16 through the shaft 28 . The gases 42 then flow through the LP turbine 22 , which is thereby rotated and drives the fan 14 via the shaft 26 . The gases 42 are then passed between the exhaust guide vanes 24 and flow through the turbine frame 30 and are expelled from the engine through the exhaust nozzle 38 .

In Fig. 2 ist der Turbinenrahmen 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel deutlicher dargestellt, wie er stromabwärts von den Auslaßführungsschaufeln 24 angeordnet ist und die Welle 26 der ND-Turbine durch die Lager 32 haltert. Der Rahmen 30 weist eine ringförmige innere Nabe 44 und ein ringförmiges äußeres Gehäuse 46 auf, das im Abstand radial außen von der Nabe 44 angeordnet ist. Das Gehäuse 46 ist in üblicher Weise mit der ND-Turbine 22 verbunden, beispielweise mit dem Gehäuse der ND-Turbine 22, und ist radial innen von dem Fankanal 36 angeordnet. Das Außengehäuse 46 hat vorzugsweise die Form eines Polygons, beispielsweise mit den gezeigten 10 Seiten zur Ausbildung eines relativ großen Strömungsbahn-Ringraumes zwischen dem Außengehäuse 46 und dem Fankanal 36, um Fanluft hindurchzuleiten. Alternativ könnte das Außengehäuse 46 zylindrisch sein, wenn dies erwünscht ist.In FIG. 2, the turbine frame 30 is shown in accordance with an embodiment more clearly how it is located downstream of the outlet guide vanes 24 and the shaft 26 of the LP turbine by the supporting bearing 32. The frame 30 has an annular inner hub 44 and an annular outer housing 46 which is spaced radially outward from the hub 44 . The housing 46 is connected in a conventional manner to the LP turbine 22 , for example to the housing of the LP turbine 22 , and is arranged radially inside of the fan duct 36 . The outer housing 46 is preferably in the form of a polygon, for example with the 10 sides shown to form a relatively large flow path annular space between the outer housing 46 and the fan duct 36 in order to pass fan air through. Alternatively, outer housing 46 could be cylindrical if desired.

In den Fig. 2 und 3 ist das Außengehäuse 46 in der Weise gezeigt, daß es in konventioneller Weise mit dem Fankanal 36 durch vier im gleichen Abstand und auf dem Umfang im Abstand angeordnete Paare von üblichen Verbindungsgliedern 48 verbunden ist, wobei in Fig. 3 nur ein Verbindungspaar dargestellt ist. Der Rahmen 30 enthält ferner eine erste, stromaufwärtige Reihe 50 von mehreren auf dem Umfang im Abstand angeordneten langgestreckten, ersten Haltestreben bzw. Zugstangen 52, die die Nabe 44 mit dem Außengehäuse 46 verbinden, und eine zweite, stromabwärtige Reihe 54 von mehreren auf dem Umfang im Abstand angeordneten langgestreckten, zweiten Haltestreben bzw. Zugstangen 56, die die Nabe 44 mit dem Außengehäuse 46 verbinden und im Abstand axial stromabwärts von der ersten Haltestrebenreihe 50 angeordnet sind. Die ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 sind in vorbestimmter Weise vorgespannt zur Erzeugung eines vorbestimmten Zuges in den ersten und zweiten Haltestreben 52, 56, um für strukturelle Festigkeit der Anordnung der Elemente 44, 46, 50 und 54 zu sorgen, die den Rahmen 30 bilden, und um im Betrieb auftretenden thermische Belastungen und Schaufelunwuchtfehler des Bläsers 14 aufzunehmen, wie es nachfolgend näher erläutert wird.In FIGS. 2 and 3, the outer housing 46 is shown in such a manner that it is connected in conventional manner to the fan duct 36 through four equidistantly and circumferentially spaced pairs of conventional links 48, wherein in Fig. 3 only one pair of connections is shown. The frame 30 also includes a first, upstream row 50 of a plurality of circumferentially spaced elongated, first support struts 52 connecting the hub 44 to the outer housing 46 , and a second, downstream row 54 of a plurality of circumferentially spaced-apart, elongated, second holding struts or tie rods 56 which connect the hub 44 to the outer housing 46 and are spaced axially downstream from the first holding strut row 50 . The first and second support struts 52 , 56 are biased in a predetermined manner to create a predetermined tension in the first and second support struts 52 , 56 to provide structural strength to the arrangement of the elements 44 , 46 , 50 and 54 that form the frame 30 form, and to accommodate occurring thermal loads and blade imbalance errors of the fan 14 , as will be explained in more detail below.

Jede der ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 weist vorzugsweise einen langgestreckten Bolzen mit einem Kopf 58 an seinem ersten Ende auf, der auf der radial inneren Oberfläche der Nabe 44 angeordnet ist. Jede Haltestrebe 52, 56 weist auch eine einstellbare Mutter 60 an seinem gegenüberliegenden zweiten Ende auf, wobei die Mutter 60 auf die Haltestrebenbolzen 52, 56 geschraubt ist, so daß diese einstellbarer sind. Die Muttern 60 sind auf der radial äußeren Oberfläche des Außengehäuses 46 angeordnet, so daß die Nabe 44 und das Außengehäuse 46 zwischen dem Bolzenkopf 58 bzw. der Mutter 60 angeordnet sind. Die Haltestreben 52, 56 erstrecken sich durch entsprechende Löcher 62 in der Nabe 44 und dem Außengehäuse 46 und sind darin verschiebbar.Each of the first and second support struts 52 , 56 preferably has an elongated bolt with a head 58 at its first end disposed on the radially inner surface of the hub 44 . Each strut 52 , 56 also has an adjustable nut 60 at its opposite second end, the nut 60 being screwed onto the strut bolts 52 , 56 so that they are more adjustable. The nuts 60 are arranged on the radially outer surface of the outer housing 46 so that the hub 44 and the outer housing 46 are arranged between the bolt head 58 and the nut 60 , respectively. The holding struts 52 , 56 extend through corresponding holes 62 in the hub 44 and the outer housing 46 and are displaceable therein.

Die Haltestreben bzw. Zustangen 52, 56 sind in vorbestimmter Weise vorgespannt durch Anziehen der Muttern 60, um die Nabe 44 und das Außengehäuse 46 gegeneinander zusammenzuziehen. Die Haltestreben 52 und 56 sind vorzugsweise gleichförmig vorgespannt, so daß ein vorbestimmter Zug in allen ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 erzeugt wird. Das Außengehäuse 46 wird dann Druck- Ringbeanspruchungen ausgesetzt, und die Nabe 44 wird Zug- Ringbeanspruchungen ausgesetzt. Die Größe der Vorspannung wird gewählt auf der Basis der erwarteten Größe der thermischen Expansion der Haltestreben 52, 56 während des normalen Betriebswerksbetriebes, beispielsweise bei Reisefluggeschwindigkeit des Gasturbinentriebwerkes 10, das ein Flugzeug antreibt. Die Verbrennungsgase 42 erhitzen und expandieren in longitudinaler Richtung oder verlängern die Haltestreben 52, 56 während des Betriebes, wodurch der Betrag der Vorspannung in den Haltestreben 52, 56 in entsprechender Weise verkleinert wird. Vorzugsweise ist die Größe der Vorspannung in den Haltestreben 52, 56 genügend groß, um die erwartete Größe der thermischen Expansion der Haltestreben 52, 56 aufzunehmen, die die Vorspannung verringert, so daß wenigestens eine minimale Vorspannung in den Haltestreben 52, 56 bei normalen Triebwerksbetrieb übrig bleibt. Dieser minimale Betrag kann null sein, obwohl ein entsprechend größerer Betrag herbeigeführt werden sollte, um irgendeine Ungleichförmigkeit in der Vorspannung oder aufgrund normaler Ungenauigkeiten beispielweise wegen Toleranzen und Additionen davon aufzunehmen.The struts 52 , 56 are biased in a predetermined manner by tightening the nuts 60 to contract the hub 44 and the outer housing 46 against each other. The holding struts 52 and 56 are preferably uniformly biased so that a predetermined train is generated in all the first and second holding struts 52 , 56 . The outer housing 46 is then subjected to compression ring stresses and the hub 44 is subjected to tensile ring stresses. The magnitude of the preload is selected based on the expected magnitude of thermal expansion of the struts 52 , 56 during normal plant operation, for example at the cruising speed of the gas turbine engine 10 that drives an aircraft. The combustion gases 42 heat and expand in the longitudinal direction or extend the holding struts 52 , 56 during operation, as a result of which the amount of prestressing in the holding struts 52 , 56 is correspondingly reduced. Preferably, the magnitude of the bias in the struts 52 , 56 is large enough to accommodate the expected amount of thermal expansion of the struts 52 , 56 that reduces the bias, so that at least a minimal bias in the struts 52 , 56 remains during normal engine operation remains. This minimum amount can be zero, although a correspondingly larger amount should be introduced to accommodate any bias non-uniformity or due to normal inaccuracies due to tolerances and additions thereof, for example.

Die Nabe 44 und das Außengehäuse 46 sind mit radialem Abstand zueinander angeordnet, um dazwischen eine ringförmige Strömungsbahn 64 zu bilden, und insbesondere weist der Rahmen 30 eine äußere Strömungsbahn- Auskleidungspaneele oder -Auskleidungspaneelen 66, die neben dem Außengehäuse 46 befestigt sind zur Bildung einer oberen Strömungsbahnwand, und eine innere Strömungsbahn- Ausbildungspaneele oder -paneelen 68 auf, die neben der Nabe 44 befestigt sind zur Bildung einer unteren Strömungsbahnwand. Die äußeren und inneren Strömungsbahn auskleidungen 66, 68 schließen die Verbrennungsgase 42 ein und bilden Abschirmungen, um das Außengehäuse 46 und die Nabe 44 vor den Verbrennungsgasen zu schützen.The hub 44 and outer housing 46 are spaced radially to form an annular flow path 64 therebetween, and in particular the frame 30 has an outer flow path liner panel or liner panel 66 attached next to the outer housing 46 to form an upper one Flow path wall, and an inner flow path formation panels or panels 68 , which are attached next to the hub 44 to form a lower flow path wall. The outer and inner flow path liners 66 , 68 enclose the combustion gases 42 and form shields to protect the outer housing 46 and the hub 44 from the combustion gases.

Der Rahmen 30 weist ferner mehrere Strömungsbahn- Verkleidungen 70 auf, die jeweils ein entsprechendes axial im Abstand angeordnetes Paar der ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 umschließen, wie es in Fig. 2 anhand der Haltestreben 52A und 56A dargestellt ist. Die Verkleidung 70 erstreckt sich von der Nabe 44 zu dem Außengehäuse 46 und erstreckt sich beispielsweise von der inneren Auskleidung 68 bis zu der äußeren Auskleidung 66.The frame 30 also has a plurality of flow path linings 70 , each of which encloses a corresponding axially spaced pair of the first and second holding struts 52 , 56 , as shown in FIG. 2 with reference to the holding struts 52 A and 56 A. The liner 70 extends from the hub 44 to the outer housing 46 and extends, for example, from the inner liner 68 to the outer liner 66 .

Der Rahmen 30 weist ein übliches Lagerstützgehäuse 72 auf, das sich radial nach innen und in axialer Richtung von der Nabe 44 erstreckt und in üblicher Weise daran befestigt ist. Das Gehäuse 72 enthält eine integrale Lagerhalterung 74, die das Lager 32 haltert und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit axialem Abstand stromaufwärts von sowohl den ersten als auch zweiten Haltestrebenreihen 50 und 54 angeordnet ist. Die Welle 26 der ND-Turbine ist radial innen von dem Lager 32 angeordnet und dadurch abgestützt.The frame 30 has a conventional bearing support housing 72 , which extends radially inward and in the axial direction from the hub 44 and is fastened to it in a conventional manner. The housing 72 includes an integral bearing bracket 74 that supports the bearing 32 and, in the illustrated embodiment, is axially spaced upstream from both the first and second support strut rows 50 and 54 . The shaft 26 of the LP turbine is arranged radially on the inside of the bearing 32 and is supported thereby.

Im Falle eines Schaufelunwuchtzustandes (blade-out Zustandes), wobei ein oder mehrere Fanschaufeln in dem Fan 14 oder ein Teil davon während des Betriebs des Triebwerkes 10 herausgeschleudert wird, wird eine wesentliche Ungleichgewichtsbelastung bzw. Unwucht durch die ND- Turbinenwelle 26 und durch das Lager 32 übertragen. Die Unwuchtbelastung wird dann durch das Lagerstützgehäuse 72 und zur Nabe 44 geleitet. Der Rahmen 30 sollte vorzugsweise Stabilisierungsmittel aufweisen zum Aufnehmen derartiger Unwuchtbelastungen, die alternativ als Druckbelastungen bezeichnet werden können, die auf die Nabe 44 abgeleitet werden. Die Stabilisierungsmittel enthalten in einem Ausführungsbeispiel zwei Sicherungsmuttern 76, die auf Gewinden auf jeder Haltestrebe 52, 56, die den Unwucht- Druckbelastungen ausgesetzt ist, angeordnet sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Sicherungsmutterpaar 76 auf allen der ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 angeordnet. Das Halterungsmutterpaar 76 weist eine erste Sicherungsmutter 76A auf, die jeweils auf den Haltestreben 52, 56 neben der Nabe 44 angeordnet ist, um zu verhindern, daß die entsprechende Haltestrebe 52, 56 sich durch das Loch 62 der Nabe 44 verschiebt. Eine zweite Sicherungsmutter 76B ist auf jeder Haltestrebe 52, 56 neben dem Außengehäuse 46 angeordnet, um zu verhindern, daß sich die entsprechende Haltestrebe 52, 56 durch das Loch 62 des Gehäuses 46 verschiebt.In the case of a blade-out condition, with one or more fan blades in the fan 14 or a part thereof being thrown out during the operation of the engine 10 , a significant imbalance load or imbalance is caused by the LP turbine shaft 26 and by the bearing 32 transmitted. The unbalance load is then passed through the bearing support housing 72 and to the hub 44 . The frame 30 should preferably have stabilizing means for absorbing such unbalance loads, which can alternatively be referred to as pressure loads that are derived on the hub 44 . In one exemplary embodiment, the stabilizing means contain two locking nuts 76 which are arranged on threads on each holding strut 52 , 56 which is exposed to the unbalance pressure loads. In the preferred embodiment, the lock nut pair 76 is disposed on all of the first and second support struts 52 , 56 . The pair of mounting nuts 76 has a first locking nut 76 A, which is arranged on the holding struts 52 , 56 next to the hub 44 to prevent the corresponding holding strut 52 , 56 from moving through the hole 62 of the hub 44 . A second lock nut 76 B is arranged on each support strut 52 , 56 next to the outer housing 46 to prevent the corresponding support strut 52 , 56 from moving through the hole 62 of the housing 46 .

Durch Verwendung der Sicherungsmutterpaare 76 wird die Unwucht-Druckbelastung, die durch das Lagerstützgehäuse 72 in die Nabe 44 abgeleitet wird, auf wirksame Weise durch die Haltestreben 52, 56 und in das Außengehäuse 46 abgeleitet, da sich die Haltestreben 52, 56 nicht in den Löchern 62 verschieben können. Das Sicherungsmutterpaar 76 sorgt für Stabilität in dem Rahmen 30, indem für eine erhöhte Festigkeit zum Ableiten der Schaufelunwucht- Druckbelastungen gesorgt wird. Die Haltestreben 52, 56 erfahren eine Druckbeanspruchungskomponente aus der Schaufelunwucht-Druckbelastung, die die Vorspannungskraft darin verkleinert. Die Vorspannungskraft kann sogar überwunden werden, wo die auftretende Schaufelunwuchtkraft genügend groß wird, und die Sicherungsmutterpaare 76 bilden dadurch ein effektives Mittel zum Stabilisieren des Rahmens 30 und gestatten, daß die Schaufelunwucht- Druckkräfte durch die ersten und zweiten Haltestrebenreihen 50, 54 auf das Außengehäuse 46 abgeleitet werden.By using the lock nut pairs 76 , the unbalance pressure load that is diverted through the bearing support housing 72 into the hub 44 is effectively dissipated through the support struts 52 , 56 and into the outer housing 46 because the support struts 52 , 56 do not pass through the holes 62 can move. The lock nut pair 76 provides stability in the frame 30 by providing increased strength to dissipate the blade unbalance pressure loads. The holding struts 52 , 56 experience a compressive stress component from the blade unbalance compressive load, which reduces the prestressing force therein. The biasing force can even be overcome where the blade imbalance force that occurs becomes large enough, and the lock nut pairs 76 thereby provide an effective means of stabilizing the frame 30 and allow the blade imbalance compressive forces to be applied to the outer housing 46 by the first and second strut rows 50 , 54 be derived.

Da das Lager 32 axial stromaufwärts von wenigstens einer, und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von beiden Reihen 50 und 54 der Haltestreben angeordnet und deshalb nicht koplanar damit ist, wird auch ein Kippmoment aufgrund der Schaufelunwuchtkraft durch das Lagerstützgehäuse 72 auf die Nabe 44 abgeleitet. Durch Verwendung der zwei Reihen 50 und 54 der Haltestreben, die im axialen Abstand zueinander angeordnet sind, kann das Schaufelunwucht-Kippmoment auf wirksame Weise durch die Haltestrebenreihen 50 und 54 aufgenommen werden. Im Gegensatz dazu würde eine einzige Haltestrebenreihe, die einem derartigen Schaufelunwucht- Kippmoment ausgesetzt ist, eine Drehbewegung der Nabe 44 relativ zu der einzelnen Haltestrebenreihe gestatten, was eine unerwünschte Verformung und Beanspruchung in dem Rahmen hervorrufen würde.Since the bearing 32 is arranged axially upstream of at least one, and in the exemplary embodiment shown, of both rows 50 and 54 of the holding struts and is therefore not coplanar therewith, a tilting moment due to the blade unbalance force is also derived by the bearing support housing 72 onto the hub 44 . By use of the two rows 50 and 54 of the retaining struts which are arranged at an axial distance from each other, can the blade-pitching moment unbalance are absorbed by the holding struts rows 50 and 54 in an effective manner. In contrast, a single row of struts subjected to such a blade imbalance tilting moment would allow hub 44 to rotate relative to the single row of struts, which would cause undesirable deformation and stress in the frame.

Weiterhin wirken bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung der Sicherungsmutterpaare 76 bei einer thermischen Expansion der Haltestreben 52, 56 die Sicherungsmutterpaare 76 der Expansion gegen die Nabe 44 in dem Außengehäuse 46 entgegen und erzeugen somit Druckkräfte in den Haltestreben 52, 56. Da die Haltestreben 52, 56 lang gestreckt sind, werden sie unter den Druckkräften auf Biegen bzw. Knicken beansprucht. In einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Stabilisierungsmittel ferner die Verkleidung 70 mit Ansatzstücken 78, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, auf, die die ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 an einer vorbestimmten radialen Position entlang den Haltestreben umschließen, um für eine seitliche Abstützung der Haltestreben 52, 56 an den Ansatzstücken 78 zu sorgen. Wie es am besten in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Ansatzstücke 78 einteilige Abschnitte der Verkleidung 70, die die Haltestreben 52, 56 umschließen und mit diesen in Berührung sind, um für eine seitliche Abstützung der Haltestreben 52, 56 zu sorgen und dadurch deren Knick- bzw. Biegewiderstand zu vergrößern. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Ansatzstücke 78 vorzugsweise in der Mitte zwischen dem Gehäuse 46 und der Nabe 44 angeordnet, um für die wirksamste seitliche Abstützung bei der einfachen ersten Biegeart der Haltestreben 52, 56 zu sorgen, um den Knick- bzw. Biegewiderstand zu vergrößern. Zusätzliche Ansatzstücke 78 können an anderen radialen Positionen entlang der Haltestreben 52, 56 nach Wunsch angeordnet sein, um den Knick- bzw. Biegewiderstand weiter zu vergrößern.Furthermore, in one exemplary embodiment of the invention, using the lock nut pairs 76 in the event of a thermal expansion of the holding struts 52 , 56, the lock nut pairs 76 counteract the expansion against the hub 44 in the outer housing 46 and thus generate compressive forces in the holding struts 52 , 56 . Since the struts 52 , 56 are elongated, they are subjected to bending or kinking under the compressive forces. In a preferred embodiment of the invention, the stabilizing means further comprise the covering 70 with extensions 78 , as shown in FIGS. 2 and 3, which enclose the first and second holding struts 52 , 56 at a predetermined radial position along the holding struts, in order to provide lateral support for the holding struts 52 , 56 on the extensions 78 . As shown best in Fig. 2, the extension pieces 78 are integral portions of the cladding 70, the support struts 52, surround 56 and into contact with them in order for a lateral support of the support struts 52, 56 to provide and thereby the To increase kink or bending resistance. As shown in Fig. 3, the lugs 78 are preferably located midway between the housing 46 and the hub 44 to provide the most effective lateral support with the simple first bend of the struts 52 , 56 to the kink or To increase bending resistance. Additional lugs 78 may be arranged at other radial positions along the support struts 52 , 56 as desired to further increase the buckling or bending resistance.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit den Sicherungsmutterpaaren 76 werden Druckbeanspruchungen durch die Tendenz der Haltestreben 52, 56 erzeugt, während des normalen Betriebs aufgrund der heißen Verbrennungsgase 42 zu expandieren, die die Haltestreben 52, 56 erhitzen. Die Vorspannung in den ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 sind weiterhin im voraus so gewählt, daß sie vorzugsweise größer als die Druckbeanspruchung sind, die darin durch die Verbrennungsgase 42 erzeugt werden.In the embodiment shown in FIG. 2, with the lock nut pairs 76 , compressive stresses are generated by the tendency of the struts 52 , 56 to expand during normal operation due to the hot combustion gases 42 that heat the struts 52 , 56 . The bias in the first and second support struts 52 , 56 are further selected in advance so that they are preferably greater than the compressive stress generated therein by the combustion gases 42 .

In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Rahmens 30 mit der inneren Nabe 44 und dem äußeren Gehäuse 46 und den dazwischen verlaufenden Haltestreben 52, 56 gezeigt. Jede in Fig. 4 gezeigte Speiche stellt die Lage der ersten Haltestreben 52 oder der zweiten Haltestreben 56 dar. Während der Montage des Rahmens 30 wird die Nabe 44 in geeigneter Weise auf mehreren auf dem Umstand im Abstand angeordneten inneren Haltevorrichtungen 80 positioniert, vorzugsweise eine für jedes Haltestrebenpaar 52, 56. Das Außengehäuse 46 wird in ähnlicher Weise auf mehreren auf dem Umfang im Abstand angeordneten äußeren Haltevorrichtungen 82 gehaltert, vorzugsweise eine für jedes Haltestrebenpaar 52, 56. Die ersten und zweiten Haltestreben 52 und 56 werden einzeln durch die entsprechenden Löcher 62 in der Nabe 44 und dem Außengehäuse 46 plaziert, und die Muttern 60 und 76 werden lose angepaßt. Die Haltestreben 52, 56 werden dann einzeln in einer bevorzugten Folge festgezogen, indem die Muttern 60 festgedreht werden, um sicherzustellen, daß der Rahmen 30 gleichförmig vorgespannt wird. Ein Beispiel für eine bevorzugte Festziehfolge der Haltestreben 52, 56 beinhaltet das Anziehen der Haltestreben in der in Fig. 4 identifizierten Reihenfolge: 1, 6, 4, 9, 2, 7, 5, 10, 3 und 8. An jedem Schritt in der Festziehfolge werden sowohl die erste Haltestrebe 52 als auch ihre entsprechende, im axialen Abstand angeordnete zweite Haltestrebe 56 angezogen, bevor zum nächsten Schritt weitergegangen wird. Diese Festziehfolge beginnt im Grunde an irgendeinem, d.h. ersten Haltestrebenpaar, dem ein gegenüberliegendes, zweites Haltestrebenpaar folgt, das im wesentlichen 180° von den ersten Haltestrebenpaar angeordnet ist, und dann folgt ein drittes Haltestrebenpaar, das im wesentlichen in gleichen Abständen zwischen den ersten und zweiten Haltestrebenpaaren angeordnet ist, woran sich ein viertes Haltestrebenpaar anschließt, das im wesentlichen 180° von dem vorhergehenden, dritten Haltestrebenpaar angeordnet ist. Diese Folge setzt sich fort, bis alle Haltestreben gleichförmig angezogen worden sind, um eine gleichförmige Vorspannung aller Haltestreben bzw. Zugstangen 52, 56 sicherzustellen. Vorzugsweise wird die Folge mehrere Male wiederholt, wobei das Drehmoment an den Muttern mit jeder Folge vergrößert wird, bis die gewünschte Vorspannung erreicht ist. Dann werden die Sicherungsmuttern 76 gegen die entsprechende Nabe 44 und das Außengehäuse 46 angezogen. FIG. 4 shows a schematic representation of the frame 30 with the inner hub 44 and the outer housing 46 and the holding struts 52 , 56 running between them. Each spoke shown in Fig. 4 represents the location of the first support struts 52 or the second support struts 56. During the assembly of the frame 30 , the hub 44 is suitably positioned on a plurality of spaced-apart internal support devices 80 , preferably one for each pair of struts 52 , 56 . The outer housing 46 is similarly held on a plurality of circumferentially spaced outer retainers 82 , preferably one for each pair of struts 52 , 56 . The first and second support struts 52 and 56 are individually placed through the corresponding holes 62 in the hub 44 and the outer housing 46 , and the nuts 60 and 76 are loosely fitted. The struts 52 , 56 are then individually tightened in a preferred sequence by tightening the nuts 60 to ensure that the frame 30 is biased uniformly. An example of a preferred tightening sequence of the struts 52 , 56 includes tightening the struts in the order identified in FIG. 4: 1, 6, 4, 9, 2, 7, 5, 10, 3, and 8. At each step in FIG Tightening sequence both the first holding strut 52 and its corresponding second holding strut 56 , which is arranged at an axial distance, are tightened before proceeding to the next step. This tightening sequence basically begins at any one, i.e., first pair of struts followed by an opposite, second pair of struts that are substantially 180 ° from the first pair of struts, and then follows a third pair of struts that are substantially equidistant between the first and second Holding strut pairs is arranged, which is followed by a fourth pair of holding struts, which is arranged substantially 180 ° from the previous, third pair of holding struts. This sequence continues until all holding struts have been tightened uniformly in order to ensure a uniform prestressing of all holding struts or tie rods 52 , 56 . Preferably, the sequence is repeated several times, increasing the torque on the nuts with each sequence until the desired preload is achieved. Then the lock nuts 76 are tightened against the corresponding hub 44 and the outer housing 46 .

Da der vorstehend beschriebene Grundrahmen 30 die Nabe 44, das Außengehäuse 46 und die ersten und zweiten Haltestrebenreihen 50 und 54 ohne zusätzliche Stützstreben aufweist, ist der Rahmen eine relativ einfache und leichte Anordnung, die für eine wesentliche Gewichtsminderung in dem Triebwerk 10 sorgt. Da ferner die ersten und zweiten Haltestreben 52, 56 bei der Montage vorgespannt werden, können bei einer Verwendung in einem Triebwerk, das bei normalen Temperaturen arbeitet, wie beispielsweise bei Reisegeschwindigkeiten des Triebwerks 10 beim Antrieb eines Flugzeuges, die Haltestreben 52, 56 nahezu frei von Beanspruchungen sein, da die Vorspannung in vorbestimmter Weise gewählt werden kann, gleich oder etwas größer als die Druckbeanspruchung in den Haltestreben 52, 56 zu sein, die aus einer betrieblichen thermischen Belastung oder Expansion der Haltestreben 52, 56 resultiert.Since the base frame 30 described above has the hub 44 , the outer housing 46 and the first and second retaining strut rows 50 and 54 without additional support struts, the frame is a relatively simple and light arrangement which provides for a substantial weight reduction in the engine 10 . Furthermore, since the first and second support struts 52 , 56 are prestressed during assembly, the support struts 52 , 56 can be almost free of when used in an engine that operates at normal temperatures, such as at travel speeds of the engine 10 when driving an aircraft Stresses, since the preload can be selected in a predetermined manner to be equal to or slightly greater than the compressive stress in the holding struts 52 , 56 , which results from an operational thermal load or expansion of the holding struts 52 , 56 .

Die Stabilisierungsmittel mit den Ansatzstücken 78 für eine seitliche Halterung und den Sicherungsmutterpaaren 76 gestattet die Verwendung relative langer und schlanker Haltestrebenbolzen 52 und 56, um signifikante Druckkräfte im Falle eines Fanschaufelunwuchtzustandes aufzunehmen. Diese relativ schlanken Haltestreben 52, 56 sind ein Faktor bei der signifikanten Gewichtssenkung in dem Rahmen 30. Da ferner die Haltestreben 52, 56, die einstellbare Muttern 60 verwenden, in dem Rahmen 30 gefunden werden, kann dieser auf bestimmte Betriebszustände abgestimmt werden. Wenn es beispielsweise gewünscht wird, das Triebwerk 10 bei erhöhten Temperaturen der Verbrennungsaustrittsgase 42 zu betreiben, können die Muttern 30 entsprechend fester angezogen werden, um für zusätzlichen Zug zur Aufnahme der erhöhten thermischen Belastung und der Druckbeanspruchung in den Haltestreben 52, 56 zu sorgen. The stabilizing means, with side mount tabs 78 and lock nut pairs 76, allows the use of relatively long and slender strut bolts 52 and 56 to absorb significant compressive forces in the event of a fan blade imbalance condition. These relatively slim support struts 52 , 56 are a factor in the significant weight reduction in the frame 30 . Furthermore, since the struts 52 , 56 , which use adjustable nuts 60 , are found in the frame 30 , this can be adapted to certain operating states. For example, if it is desired to operate the engine 10 at elevated temperatures of the combustion exhaust gases 42 , the nuts 30 can be tightened accordingly to provide additional tension to accommodate the increased thermal and pressure loads in the struts 52 , 56 .

Weiterhin sorgt die Verwendung von mit axialem Abstand angeordneten Reihen 50, 54 der Haltestreben 52, 56 für eine wirksame Aufnahme der Schaufelunwucht-Kippmomente, die durch das Lagerstützgehäuse 72 auf die Nabe 44 des Rahmens 30 übertragen werden. In einem derartigen Zustand unterstützen die Sicherungsmutterpaare 76 die Aufnahme des Momentes durch Aufnahme von Druckbeanspruchungen in den Haltestreben 52, 56. Bei einem Schaufelunwuchtzustand kann es geschehen, daß die eine der Haltestrebenreihen 50, 54 auf Zug beansprucht würde, während die andere Haltestrebenreihe auf Druck beansprucht würde, und in diesem Fall nimmt die erste Haltestrebe Zug auf, während die letzte Haltestrebe Druck aufnimmt unter Verwendung des Sicherungsmutterpaares 76 und der Ansatzstücke 78.Furthermore, the use of rows 50 , 54 of the holding struts 52 , 56 arranged at an axial distance ensures an effective absorption of the blade unbalance tilting moments which are transmitted through the bearing support housing 72 to the hub 44 of the frame 30 . In such a state, the locking nut pairs 76 support the absorption of the torque by absorbing pressure loads in the holding struts 52 , 56 . In a bucket imbalance condition, one of the strut rows 50 , 54 may be tensioned while the other strut row may be stressed, and in this case the first strut will tension while the last strut will compress using the pair of locknuts 76 and the extensions 78 .

Claims

1. Frame for a gas turbine engine with an annular hub and an annular housing which is arranged radially outside of the hub, characterized by: a first row ( 50 ) of a plurality of circumferentially spaced first retaining struts ( 52 ), which the hub ( 44 ) and the housing ( 46 ), and a second row ( 54 ) of a plurality of circumferentially spaced second retaining struts ( 56 ) which connect the hub ( 44 ) and the housing ( 46 ) to each other and axially in Are arranged at a distance from the first row ( 50 ), the first and second holding struts ( 52 , 56 ) being biased to produce a predetermined tension in the first and second holding struts.

2. Frame according to claim 1, characterized in that each of the first and second support struts ( 52 , 56 ) has an elongated bolt with a head ( 58 ) at its first end and an adjustable nut ( 60 ) at its opposite end, the Nut ( 60 ) on the bolt is adjustable to selectively exert the predetermined tension in the bolt.

3. Frame according to claim 1, characterized in that the hub ( 44 ) and the housing ( 46 ) are arranged at a radial distance from one another to form a flow path therebetween, the frame further comprising a plurality of linings ( 70 ), each having a corresponding axial enclose a spaced pair of the first and second support struts ( 52 , 56 ) and each extend from the hub ( 44 ) to the housing ( 46 ).

4. Frame according to claim 1, characterized in that a bearing support housing ( 72 ) is fixedly connected to the hub ( 44 ).

5. Frame according to claim 4, characterized in that the housing ( 72 ) has a bearing holder ( 74 ) which is arranged at an axial distance from both the first and the second row of struts ( 50 , 54 ).

6. Frame according to claim 1, characterized in that the first and second holding struts ( 52 , 56 ) are elongated and subjected to a bending or buckling stress under pressure loads, and that the frame ( 30 ) further comprises stabilizing means ( 76 ) for receiving the Pressure loads in the first and second struts ( 52 , 56 ).

7. Frame according to claim 6, characterized in that the stabilizing means ( 56 ) has two locking nuts ( 76 ) which between the hub ( 44 ) and the housing ( 46 ) and on each of the first and second holding struts ( 52 , exposed to the pressure loads) 56 ) are arranged, the pair of locking nuts having a first locking nut ( 76 A) which is arranged on the holding strut next to the hub ( 44 ) so that the holding strut does not move through the hub, and a second locking nut ( 76 B) which is arranged on the holding strut next to the housing ( 46 ) so that the holding strut does not move through the housing ( 44 ).

8. Frame according to claim 6, characterized in that the stabilizing means comprise a covering ( 70 ) which encloses an axially spaced pair of first and second pressure struts subjected to holding struts, the covering ( 70 ) having extensions ( 78 ) which the encloses the first and second holding struts ( 52 , 56 ) at a predetermined radial location along the pair of holding struts for laterally clamping the first and second holding struts on the extension pieces.

9. Frame according to claim 8, characterized in that the predetermined radial location lies in the middle between the housing ( 46 ) and the hub ( 44 ).

10. Frame according to claim 1, characterized by:
a bearing support housing ( 72 ) which is fixedly connected to the hub ( 44 ) and has a bearing holder ( 74 ) which is arranged at an axial distance from both the first and the second row of retaining struts ( 50 , 54 ),
each of the first and second support struts ( 52, 56 ) has an elongated bolt that is stressed under bending loads with a head ( 58 ) at its first end and an adjustable nut ( 60 ) at its opposite end, wherein the nut ( 60 ) on the bolt is adjustable to apply a predetermined tension in each of the first and second support struts, and
Stabilizing means ( 76 ) for absorbing the pressure loads in the first and second struts.

11. Frame according to claim 10, characterized in that the stabilizing means have two locking nuts ( 76 ) between the hub ( 44 ) and the housing ( 46 ) and on each of the first and second holding struts stressed under pressure loads on bending or kinking ( 52 , 56 ) are arranged, the pair of locking nuts having a first locking nut ( 76 A), which is arranged on the holding strut next to the hub ( 44 ) so that the holding strut does not move through the hub, and a second locking nut ( 76 B) , which is arranged on the holding strut next to the housing ( 46 ) so that the holding strut does not move through the housing.

12. Frame according to claim 11, characterized in that the hub ( 44 ) and the housing ( 46 ) are arranged at a radial distance from one another to form a flow path therebetween, and that the frame ( 30 ) has a plurality of linings ( 70 ), each enclose a corresponding axially spaced pair of first and second support struts ( 52 , 56 ), each extending from the hub ( 44 ) to the housing ( 46 ), the stabilizing means extensions ( 78 ) in which the first and second support struts enclosing cladding ( 70 ) at a predetermined radial location along the pair of struts for lateral clamping of the first and second struts on the extensions.

13. Frame according to claim 12, characterized in that the predetermined radial location lies in the middle between the housing ( 46 ) and the hub ( 44 ).

14. The frame of claim 13, wherein the gas turbine engine further includes a fan and a low pressure turbine that is connected to a low pressure turbine shaft that is supported at its rear end on the bearing bracket and wherein the flow path is arranged downstream of the low pressure turbine for receiving hot combustion gases, characterized in that the first and second holding struts ( 52 , 56 ) are prestressed in a predetermined manner in order to absorb the pressure load which is generated in the first and second holding struts due to the heating by the combustion gases.

15. Frame according to claim 14, characterized in that the preload in the first and second holding struts ( 52 , 56 ) is greater than the pressure load generated therein by the heating due to the combustion gases.